射線管脈沖高壓電源設(shè)計(jì)研究①

張偉 國家罡

摘? 要：脈沖高壓電源在電場殺菌、等離子發(fā)生器、激光技術(shù)等領(lǐng)域有著十分廣泛的應(yīng)用作用，特別是在應(yīng)用測井技術(shù)中還需要借助專門的脈沖和測量時(shí)序。在實(shí)際運(yùn)用的過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)將離子源電壓控制在1.5～2.5kV范圍內(nèi)，當(dāng)供電電壓的數(shù)值處在一定的范圍內(nèi)時(shí)，可以適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)電壓。當(dāng)電子源的電壓數(shù)值較高時(shí)，中子射線管內(nèi)部的氣體會(huì)受到電離現(xiàn)象的影響，同時(shí)在較短的時(shí)間內(nèi)釋放出中子。根據(jù)上述研究，在該文中，我們提出了一類新型的高壓電源，即通過單向反激逆變電路、半臂逆對稱倍壓整流電路來增強(qiáng)電壓的穩(wěn)定性能，實(shí)現(xiàn)高壓電源狀態(tài)下的斬波功能，圍繞著中子射線管脈沖高壓電源的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，以便充分了解該設(shè)計(jì)是否具備足夠的實(shí)踐價(jià)值。

關(guān)鍵詞：射線管? 脈沖高壓電源? 電源設(shè)計(jì)? 研究

中圖分類號：TN144 ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2020）07（a）-0046-03

Research on the Design of High Voltage Power Supply for X-ray Tube Pulse

ZHANG? Wei? GUO? Jiagang

（Dandong East measurement and Control Technology Co.，Ltd，Dandong，Liaoning Province，118000 China）

Abstract： Pulse high voltage power supply is widely used in electric field sterilization， plasma generator， laser technology and other fields， especially in the application of logging technology， it needs to use specific pulse and measurement time sequence. In use， the ion source voltage is required to be 1.5～2.5kV， and the power supply voltage can be adjusted within the specified range. The gas inside the neutron ray tube will be affected by the ionization phenomenon and release neutrons in a short time. Based on the above analysis， this paper designs a pulse high-voltage power supply for the neutron ray tube， that is， through the one-way flyback inverter circuit and the half arm inverse symmetric voltage doubling rectifier circuit， the voltage stability performance will be enhanced， and the chopping work under the high-voltage power supply state will be realized Yes， this paper explores the design of the neutron tube pulse high voltage power supply. The feasibility of the design of the pulsed high voltage power supply for neutron ray tube is verified by experiments.

Key Words： Ray tube; Pulse high voltage power supply; Power supply design; Research

離子源大多只有兩種形式，即直流工作形式以及脈沖工作形式。在中子射線管當(dāng)中，脈沖工作形勢發(fā)揮著極為重要的作用。在實(shí)際使用的過程當(dāng)中，需要將離子源的電壓控制在一定范圍內(nèi)，且需要滿足相應(yīng)的要求才能夠有針對性的調(diào)節(jié)供電電壓。當(dāng)離子源處在較高的電壓情況下時(shí)，中子射線管內(nèi)部的氣體會(huì)受到電離現(xiàn)象的影響，以較高的速率作用于靶核，同時(shí)釋放出大量的中子。在下文中我們就主要圍繞著中子射線管脈沖高壓電源的設(shè)計(jì)進(jìn)行了具體的研究分析。

1? 中子射線管脈沖高壓電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

所謂脈沖高壓，簡單來說就是指直流高壓經(jīng)過斬波電路時(shí)所形成的一類高壓，具備著較為突出的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。為了更大程度上滿足離子源供電所提出的一系列要求，必須合理地調(diào)節(jié)電壓，將電壓控制在一定的范疇內(nèi)，可以選擇運(yùn)用低頻變壓器，結(jié)合脈沖頻率調(diào)制方式形成脈沖高壓。在這一過程當(dāng)中主要是借助合理調(diào)節(jié)開關(guān)改變占空情況，從而實(shí)現(xiàn)對于電壓的調(diào)節(jié)，從而充分保證整體系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

在實(shí)際運(yùn)用此類系統(tǒng)的過程當(dāng)中，為了合理地控制電壓和電流等條件，在這篇文章當(dāng)中特提出以MOSFET為基本開關(guān)的器件，在此基礎(chǔ)之上打造能夠根據(jù)需求進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)的高壓脈沖電源，先設(shè)置直流電壓，在借助相關(guān)的控制系統(tǒng)將電壓調(diào)節(jié)后再輸出利用，以便滿足中子射線管的使用需求。

2? 中子射線管脈沖高壓電源系統(tǒng)高壓直流電源設(shè)計(jì)

深入對于中子射線管脈沖高壓電源系統(tǒng)中的高壓直流電源進(jìn)行分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，其構(gòu)成結(jié)構(gòu)主要包括逆變電路以及倍壓電路，具體如圖1所示。整體逆變電路所運(yùn)用到的給電路脈沖形式普遍為TL494，開關(guān)部分的零件則為MOS管和20N60S5，整體系統(tǒng)所輸出的脈沖信號不局限于單向信號，還包括雙向信號。線路當(dāng)中的逆變環(huán)節(jié)電路形式較為單一，即單端反激電路模式，當(dāng)整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完全處在高電平脈沖狀態(tài)的情況下，當(dāng)電流通過時(shí)，會(huì)或多或少地產(chǎn)生政府相對應(yīng)的電壓，反之，如果當(dāng)整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)處在低電平脈沖狀態(tài)的情況下，TL494構(gòu)成的脈沖振蕩電路則會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

3? 中子射線管脈沖高壓電源斬波電路基本設(shè)計(jì)

3.1 觸發(fā)電路的基本設(shè)計(jì)

為了能夠保障脈沖波形的適宜性，在進(jìn)行電路的規(guī)劃時(shí)，特別選擇了SG3525脈沖頻率調(diào)制控制器，此類控制器的應(yīng)用優(yōu)勢在于其正常運(yùn)行過程中的工作電壓能夠控制在8～35V之間，其中包含5.1V的基準(zhǔn)電源，而振蕩器的工作頻率則大約在100～400Hz之間，屬于一類應(yīng)用價(jià)值較高的脈沖頻率調(diào)制控制器。在進(jìn)行連接時(shí)，主要采取的推挽輸出的形式，能夠連續(xù)不斷地發(fā)揮供電作用。

3.2 開關(guān)管的選取

開關(guān)管的質(zhì)量很大程度上影響著脈沖電路的工作特征以及輸出效果，因此相關(guān)工作人員需要有針對性地進(jìn)行開關(guān)管的選取，充分保障開關(guān)管的可控性，降低外界因素對于系統(tǒng)運(yùn)行所造成的不良影響。結(jié)合此次設(shè)計(jì)的需求，在選擇開關(guān)管時(shí)特選擇了耐壓數(shù)值能夠達(dá)到2000V的MOSFET，采取串聯(lián)的方式同時(shí)也能夠提升耐壓效果。

3.3 過流保護(hù)

常見的過流保護(hù)的形式多種多樣，具體來說主要包括平均電流門限檢測以及逐周過流保護(hù)等形式。立足于實(shí)際的設(shè)計(jì)需求，可以判定借助最大輸出平均電流來實(shí)現(xiàn)門線的檢測是較為常見的一類方法，能夠輕而易舉地放大電流信號。結(jié)合實(shí)際的使用需求調(diào)整數(shù)值，當(dāng)輸出的電流與數(shù)值相契合時(shí)，設(shè)備即自動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對于電流的調(diào)節(jié)。但此種過流保護(hù)形式也存在著一定的不足，那就是當(dāng)短路問題發(fā)生時(shí)是無法實(shí)現(xiàn)對于功率開關(guān)的保護(hù)的，甚至?xí)?dǎo)致功率開關(guān)管受到損壞，因此并不建議采取此類形式。

通過逐周過流的保護(hù)方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對于通過電流的大小的控制，并在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對于通過開關(guān)管的電流的把控，當(dāng)通過的電流超出了所設(shè)置的限定數(shù)值時(shí)，為了避免造成不必要的損壞，可以及時(shí)關(guān)閉功率開關(guān)管，以便對于中子射線管脈沖高壓電源進(jìn)行過流保護(hù)。

4? 中子射線管脈沖高壓電源設(shè)計(jì)結(jié)果分析

通過對于中子射線管脈沖高壓電源系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用測試，合理調(diào)控?cái)夭娐份敵鲞B接結(jié)構(gòu)，使之與阻性負(fù)載相聯(lián)系，負(fù)載電路的取樣電阻能夠達(dá)到相應(yīng)的方波需求。通過對于不同類型的測井方式所需的中子脈沖頻率以及脈寬需求的差異進(jìn)行分析，需要運(yùn)用多組具備代表性的中子射線管脈沖高壓電源脈寬、頻率、輸出波形，制作出清晰明確的電阻波形圖。最終得出測試結(jié)論，該文中所提出的中子射線管脈沖高壓電源帶入中子射線管時(shí)設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)對于陽極離子源提供重復(fù)頻率的脈沖高壓供電，從而充分保障中子射線管頻率的脈沖形式來適應(yīng)足夠數(shù)量的中子。

5? 結(jié)語

綜上所述，脈沖測井技術(shù)正隨著時(shí)代的不斷發(fā)展而衍生出新的內(nèi)容，與此同時(shí)，也對于中子發(fā)生器的相關(guān)表現(xiàn)形式和應(yīng)用功能有了新的要求，只有在現(xiàn)有的基礎(chǔ)之上提升了高壓脈沖電源的綜合性能，才能更大程度上滿足多樣化的發(fā)展需求。在這篇文章當(dāng)中，我們提出了一種新型的中子射線管脈沖高壓電源，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，最終得出有效結(jié)論，這種中子射線管脈沖高壓電源帶入中子射線管時(shí)能夠滿足為陽極離子源提供重復(fù)頻率脈沖高壓供電的需求。

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